CN107222047B - 切向电机、切向电机转子及其转子铁芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种切向电机、切向电机转子及其转子铁芯，转子铁芯包括转子本体(1)及设置于所述转子本体(1)上的永磁体槽(2)，相邻两个所述永磁体槽(2)之间的转子磁极上设置有用于固定转子冲片的固定孔(11)及隔磁孔(12)；所述隔磁孔(12)位于所述固定孔(11)沿所述转子本体(1)径向方向的外侧，所述隔磁孔(12)的宽度沿所述转子本体(1)的外侧向其圆心方向逐渐增加。本发明提供的转子铁芯，降低电机的振动噪音，提高了电机效率。

Description

切向电机、切向电机转子及其转子铁芯

技术领域

本发明涉及电机设备技术领域，特别涉及一种切向电机、切向电机转子及其转子铁芯。

背景技术

由于切向永磁同步电机具有“聚磁”的效果，与径向永磁同步电机相比，能产生更高的气隙磁密，使得电机具有体积小，重量轻，转矩大，功率密度大，电机效率高及动态性能好等优点，越来越多地被应用于伺服系统、电力牵引等工业领域及家电行业。

目前，切向永磁同步电机的气隙磁密及反电势含有各类空间谐波，由于切向永磁同步电机的定子上开槽，使得磁路磁导不均匀，气隙磁密、反电势含有各类空间谐波，且谐波占比大，各类谐波相互作用产生低阶力波，加大电机的振动噪声。波形正弦度较差，波形畸变率高，使得电机的振动及噪声较大，由于切向永磁电机的永磁体为并联磁路结构，容易导致永磁体工作点较低，恶劣工况下永磁体容易退磁，限制了电机的应用推广。并且，转子铁芯由转子冲片组成，其上的隔磁孔容易导致机械强度不高下降。。

因此，如何提高机械强度，降低电机的振动噪音，是本技术领域人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种转子铁芯，以提高机械强度，降低电机的振动噪音。本发明还提供了一种具有上述转子铁芯的切向电机转子及切向电机。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种转子铁芯，包括转子本体及设置于所述转子本体上的永磁体槽，相邻两个所述永磁体槽之间的转子磁极上设置有用于固定转子冲片的固定孔及隔磁孔；所述隔磁孔位于所述固定孔沿所述转子本体径向方向的外侧，所述隔磁孔的宽度沿所述转子本体的外侧向其圆心方向逐渐增加。

优选地，上述转子铁芯中，所述固定孔及所述隔磁孔均位于所述永磁体槽的磁极中心线上。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔靠近所述转子本体外侧的外侧孔壁为与所述转子本体同心设置的弧形面；

所述隔磁孔的外侧孔壁到所述转子本体外壁之间形成第一隔磁桥，所述第一隔磁桥的宽度为C，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；

2.4≥C/D≥0.4。

优选地，上述转子铁芯中，1.5≥C/D≥0.7。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔为轴对称结构，其对称轴线的延伸线经过所述转子本体的圆心。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔的外侧孔壁的宽度为A，所述转子铁芯的单个磁极所占角度为B；

0.15≥A/B≥0.02。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔的内侧孔壁的两端点G分别与所述转子本体圆心连线形成的夹角为E；

60°≥E≥40°。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔沿所述转子本体的径向的长度为F，所述转子本体的半径为R；

0.4≥F/R≥0.1。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔与所述固定孔之间实体部分的最小距离大于1.5mm；

和/或，所述隔磁孔与所述永磁体槽之间实体部分的最小距离大于1.5mm。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔的靠近所述转子本体圆心的内侧孔壁上具有朝向所述转子本体的外侧凸起的凸起部。

优选地，上述转子铁芯中，所述凸起部的顶点与所述永磁体槽的中心线相交于交点M，所述交点M到所述隔磁孔的外侧孔壁的距离为H，所述隔磁孔沿所述转子本体的径向的长度为F；

0.5≥H/F≥0.3。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔的靠近所述转子本体圆心的内侧孔壁上具有背向所述转子本体的外侧下凹的凹槽部。

优选地，上述转子铁芯中，所述凹槽部为尖角凹槽或圆弧凹槽；

所述凹槽部的顶点与所述永磁体槽的中心线相交于交点M，所述交点M到所述隔磁孔的远离所述转子本体圆心的外侧孔壁的距离为H，所述隔磁孔去除尖角凹槽的部分沿所述转子本体的径向的长度为F；

1.4≥H/F＞1。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔的靠近所述转子本体圆心的内侧孔壁为平面。

优选地，上述转子铁芯中，所述永磁体槽具有朝向所述转子本体外侧设置的开口，所述开口的宽度大于所述永磁体槽的宽度的一半。

优选地，上述转子铁芯中，所述隔磁孔的最大宽度为其最小宽度2倍以上；

和/或，所述隔磁孔的最大宽度为所述固定孔直径的1.5倍以上。

本发明还提供了一种切向电机转子，包括转子铁芯及设置于其永磁体槽内的切向磁化永磁体，所述转子铁芯为如上述任一项所述的转子铁芯。

优选地，上述切向电机转子中，所述切向磁化永磁体靠近所述转子铁芯外侧的宽度大于其靠近所述转子铁芯圆心的宽度。

本发明还提供了一种切向电机，包括切向电机转子及定子，所述切向电机转子为如上述任一项所述的切向电机转子。

优选地，上述切向电机中，所述定子上具有定子槽及朝向所述切向电机转子与所述定子的气隙的槽口，所述槽口的宽度为K，所述隔磁孔的外侧孔壁的宽度为A；

1.2≥A/K≥0.8。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的转子铁芯，通过在转子磁极上设置有固定孔及隔磁孔；隔磁孔位于固定孔沿转子本体径向方向的外侧，通过设置固定孔，通过在固定孔内设置有固定件，有效提高了转子的机械强度；并且，隔磁孔的宽度沿转子本体的外侧向其圆心方向逐渐增加，有效起到了改善转子磁极的磁通走向，使得气隙磁密、反电势波形正弦度提高，降低谐波占比及谐波损耗的作用，降低电机的振动噪音，提高了电机效率。

本发明还提供了一种具有上述转子铁芯的切向电机转子及切向电机。由于上述转子铁芯具有上述技术效果，具有上述转子铁芯的切向电机转子及切向电机也应具有同样的技术效果，在此不再一一累述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的切向电机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的切向电机转子的第一种结构示意图；

图3为本发明实施例提供的切向电机转子的第二种结构示意图；

图4为本发明实施例提供的切向电机转子的第三种结构示意图；

图5为本发明实施例提供的切向电机转子的第四种结构示意图；

图6为本发明实施例提供的定子的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的切向电机的反电势谐波占比与C/D的关系示意图；

图8为本发明实施例提供的切向电机的反电势谐波占比及空载磁链与E的关系图；

图9为本发明实施例提供的切向电机的转矩脉冲系数与A/K的关系图。

具体实施方式

本发明公开了一种转子铁芯，以提高机械强度，降低电机的振动噪音。本发明还提供了一种具有上述转子铁芯的切向电机转子及切向电机。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1和图2，本发明实施例提供了一种转子铁芯，包括转子本体1及设置于转子本体1上的永磁体槽2，相邻两个永磁体槽2之间的转子磁极上设置有用于固定转子冲片的固定孔11及隔磁孔12；隔磁孔12位于固定孔11沿转子本体1径向方向的外侧，隔磁孔12的宽度沿转子本体1的外侧向其圆心方向逐渐增加。

本发明实施例提供的转子铁芯，通过在转子磁极上设置有固定孔11及隔磁孔12；隔磁孔12位于固定孔11沿转子本体1径向方向的外侧，通过设置固定孔11，通过在固定孔11内设置有固定件，有效提高了转子的机械强度；并且，隔磁孔12的宽度沿转子本体1的外侧向其圆心方向逐渐增加，有效起到了改善转子磁极的磁通走向，使得气隙磁密、反电势波形正弦度提高，降低谐波占比及谐波损耗的作用，降低电机的振动噪音，提高了电机效率。

可以理解的是，两个隔磁孔12之间的磁极实体部分的宽度为其沿垂直于转子本体1的径向方向的两侧之间的距离。隔磁孔12的宽度为其沿垂直于转子本体1的径向方向的两端孔壁之间的距离。其中，固定孔11内设置有固定件。当固定孔11为铆钉孔时，固定件即为铆钉；当固定孔11为螺钉孔时，螺钉孔中插入连接转子冲片的结构加强杆。也可以将固定孔11设置为其他类型的孔，如螺纹孔、棱柱孔或椭圆孔等。

优选地，固定孔11及隔磁孔12均位于永磁体槽2的磁极中心线上。通过上述设置，使得电机磁路结构更加对称。

优选地，隔磁孔11靠近转子本体1外侧的外侧孔壁为与转子本体1同心设置的弧形面；这就使得隔磁孔的外侧孔壁与转子本体的外壁相互平行。隔磁孔12的外侧孔壁到转子本体1外壁之间形成第一隔磁桥，第一隔磁桥的宽度为C，转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D。通过仿真研究发现，第一隔磁桥的宽度C与气隙长度D的比值对反电势谐波占比有较大影响。如图7所示，将第一隔磁桥的宽度C与气隙长度D的比值C/D≥0.4时，限制了一小部分磁通通过该隔磁桥传递，改善了气隙磁场分布，降低气隙磁密谐波占比，降低反电势谐波占比，降低振动噪声。但是，当C/D大于2.4时，第一隔磁桥的宽度太大，沿第一隔磁桥传递的磁通过多，气隙磁密波形畸变，谐波占比增加，电机振动噪声增加。因此，2.4≥C/D≥0.4。

其中，隔磁孔12的外侧孔壁为隔磁孔12靠近转子本体1外壁的孔壁；隔磁孔12的内侧孔壁为隔磁孔12靠近转子本体1圆心的孔壁。

优选地，1.5≥C/D≥0.7。当1.5≥C/D≥0.7时，气隙磁场分布最优，气隙磁密的正弦度最优，气隙磁密谐波占比最低，反电势谐波占比最低，电机振动噪声最低，且此时的谐波损耗最小，电机效率最高。如图7所示，在此条件下，本实施例提供的电机的谐波占比小于4％。

进一步地，隔磁孔12为轴对称结构，其对称轴线的延伸线经过转子本体1的圆心。在本实施例中，隔磁孔12位于磁极中心线处。

优选地，隔磁孔12的外侧孔壁的宽度为A，转子铁芯的单个磁极所占角度为B。经过研究发现，当隔磁孔12的宽度A大于0.02倍单个磁极所占角度B(磁极宽度)，隔磁孔12降低气隙谐波的效果才明显。但是，A/B也不是越大越好，当A/B大于0.15时，隔磁孔12的宽度过大，转子磁极中心线处的磁通过少，转子磁极两侧的磁通过度集中，导致气隙磁场分布不均，气隙、反电势谐波占比增大，转子铁芯的铁损增加，磁极面积较小，磁极磁通易饱和，总磁通减小，电机输出转矩减小，电机效率下降。因此，优选地，0.15≥A/B≥0.02。

进一步地，隔磁孔12的内侧孔壁的两端点G分别与转子本体1圆心连线形成的夹角为E；通过仿真研究发现，夹角E的大小对反电势谐波影响较大。隔磁孔12的内侧孔壁较其外侧孔壁孔宽，可以限制转子磁极磁通走向，如图8所示，当E≥40°时，可以改善气隙磁场磁通分布，气隙磁密波形更接近正弦波，反电势谐波占比降低，电机振动噪声降低；而当E＞60°时，隔磁孔12会对内部永磁体的磁通产生较多的阻挡，使得电机空载磁链下降。因此，60°≥E≥40°。其中，上述角度为电气角度。

由于隔磁孔12靠近转子铁芯圆心方向的孔壁为内侧孔壁，内侧孔壁沿转子铁芯的圆周方向延伸，关于磁极中心线对称，内侧孔壁有两个端点G，内侧孔壁的两个端点G之间的距离大于隔磁孔12的外侧孔壁的两个端点之间的距离。

进一步地，隔磁孔12沿转子本体1的径向的长度为F，转子本体1的半径为R；通过仿真研究发现，当隔磁孔12的长度F与转子本体1的半径为R的比值对谐波影响较大，当F/R≥0.1时，隔磁孔12的长度F增加，可以限制靠近转轴部分的转子磁极的磁通走向，从而改善气隙磁场分布，使得气隙磁密、反电势谐波占比减小，电机振动噪声减小，同时该隔磁孔可以削弱电机运行时的去磁电枢反应磁场，提高电机的抗退磁能力；但是，当F/R＞0.4时，隔磁孔长度过大，隔磁孔面积过大，导磁磁极面积过小，同时磁极易饱和，电机出力下降，电机效率下降。因此，优选地，0.4≥F/R≥0.1。

优选地，隔磁孔12与固定孔11之间实体部分的最小距离大于1.5mm。通过上述设置，可以提高电机转子结构的机械强度。

进一步地，隔磁孔12与永磁体槽2之间实体部分的最小距离大于1.5mm。通过上述设置，提高了电机转子的机械结构强度。

如图2所示，在第一种实施例中，隔磁孔12的靠近转子本体1圆心的内侧孔壁上具有朝向转子本体1的外侧凸起的凸起部14。通过设置凸起部14，可以使得隔磁孔12可以更好地调节内侧永磁体磁场的走向；并且，可以最大幅度的减少隔磁孔12对磁通的阻挡，提高电机的效率。凸起部14还可以方便固定孔11与隔磁孔12的布置，使得固定孔11能够朝转子外侧移动，减少转子高速旋转时，离心力以及电磁力导致的转子外侧形变，增强转子铁芯的机械强度。

在本实施例中，凸起部14为尖角凸起。当然，也可以将凸起部14设置为圆角凸起或多边形角凸起。

进一步地，凸起部14的顶点与永磁体槽2的中心线相交于交点M，交点M到隔磁孔12的远离转子本体1圆心的外侧孔壁的距离为H，隔磁孔12沿转子本体1的径向的长度为F。为了减少隔磁孔12的凸起部14对减低气隙谐谐波含量的影响，凸起部14的顶点M与隔磁孔12的外侧孔壁的距离F不能过小，因此，0.5≥H/F≥0.3。上述范围可以使得降低气隙谐波含量的效果较好，同时保证了电机的效率和机械强度。

在另外一种实施例中，也可以不设置凸起部14。隔磁孔12的靠近转子本体1圆心的内侧孔壁上具有背向转子本体1的外侧下凹的凹槽部。

如图4所示，凹槽部为尖角凹槽。如图5所示，凹槽部为圆弧凹槽。

在上述两种实施例中，凹槽部的顶点与永磁体槽2的中心线相交于交点M，交点M到隔磁孔12的远离转子本体1圆心的外侧孔壁的距离为H，隔磁孔12去除尖角凹槽的部分沿转子本体1的径向的长度为F。经过研究发现，当隔磁孔12设置凹槽部时，隔磁孔12的面积进一步增大，隔磁效果进一步提升，沿磁极中心线处传递的磁通减少，沿磁极两侧传递的磁通提高，气隙磁场分布更优，谐波占比更小，振动噪声更小，同时电机抗退磁能力进一步提高。为了确保机械强度，凹槽部的深度不能过大。因此，优选地，1.4≥H/F＞1。其中，凹槽部的顶点为其距离转子本体1圆心最近的点。

如图3所示，在该实施例中，隔磁孔12的靠近转子本体1圆心的内侧孔壁为平面。其中，隔磁孔12的内侧孔壁为平面，隔磁孔12形似梯形，即，H＝F。

优选地，永磁体槽2具有朝向转子本体1外侧设置的开口13，开口13的宽度大于永磁体槽的宽度的一半。通过上述设置，能够有效减少切向磁化永磁体端部的漏磁，提高了电机的效率。开口13的宽度为开口13垂直于转子本体1径向方向的距离。

优选地，隔磁孔12的最大宽度为其最小宽度2倍以上。其中，隔磁孔12的最大宽度为隔磁孔12靠近转子铁心圆心的一侧的宽度，隔磁孔12的最小宽度为隔磁孔12远离转子铁心圆心的一侧的宽度。通过上述设置，更好地降低气隙磁场谐波含量。

隔磁孔12的最大宽度为固定孔11直径的1.5倍以上。通过将隔磁孔12的宽度设置成从转子外侧朝内侧逐渐变大，并且最大宽度大于1.5倍固定孔11直径的宽度，可以有效引导定子反向磁场的流向，减少了定子反向磁场进入到转子内部，减少了恶劣工况下内部永磁体的退磁风险。

本发明实施例还提供了一种切向电机转子，包括转子铁芯及设置于其永磁体槽内的切向磁化永磁体，转子铁芯为如上述任一种转子铁芯。由于上述转子铁芯具有上述技术效果，具有上述转子铁芯的切向电机转子也应具有同样的技术效果，在此不再一一累述。

进一步地，切向磁化永磁体靠近转子铁芯外侧的宽度大于其靠近转子铁芯圆心的宽度。通过上述设置，可以有效提升电机的抗退磁能力。

本发明实施例还提供了一种切向电机，包括切向电机转子及定子，切向电机转子为如上述任一种切向电机转子。由于上述切向电机转子具有上述技术效果，具有上述切向电机转子的切向电机也应具有同样的技术效果，在此不再一一累述。

如图2及图6所示，定子上具有定子槽41及朝向切向电机转子与定子的气隙的槽口42，槽口42的宽度为K，切向电机转子的转子铁芯的隔磁孔12的外侧孔壁的宽度为A；如图9所示，通过将切向电机转子的转子铁芯的隔磁孔12的外侧孔壁的宽度A与槽口42的宽度K之间的比值设置为1.2≥A/K≥0.8，能够有效减低气隙磁密中的5次谐波和7次谐波的含量，降低电机5次谐波和7次谐波与基波磁场作用产生的转矩脉动。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (19)

1.一种转子铁芯，包括转子本体（1）及设置于所述转子本体（1）上的永磁体槽（2），其特征在于，相邻两个所述永磁体槽（2）之间的转子磁极上设置有用于固定转子冲片的固定孔（11）及隔磁孔（12）；所述隔磁孔（12）位于所述固定孔（11）沿所述转子本体（1）径向方向的外侧，所述隔磁孔（12）的宽度沿所述转子本体（1）的外侧向其圆心方向逐渐增加；

所述隔磁孔（12）的靠近所述转子本体（1）圆心的内侧孔壁上具有朝向所述转子本体（1）的外侧凸起的凸起部（14）。

2.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述固定孔（11）及所述隔磁孔（12）均位于所述永磁体槽（2）的磁极中心线上。

3.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔（12）靠近所述转子本体（1）外侧的外侧孔壁为与所述转子本体（1）同心设置的弧形面；

所述隔磁孔（12）的外侧孔壁到所述转子本体（1）外壁之间形成第一隔磁桥，所述第一隔磁桥的宽度为C，所述转子铁芯用于与定子配合的气隙长度为D；

2.4≥C/D≥0.4。

4.如权利要求3所述的转子铁芯，其特征在于，1.5≥C/D≥0.7。

5.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔（12）为轴对称结构，其对称轴线的延伸线经过所述转子本体（1）的圆心。

6.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔（12）的外侧孔壁的宽度为A，所述转子铁芯的单个磁极所占角度为B；

0.15≥A/B≥0.02。

7.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔（12）的内侧孔壁的两端点G分别与所述转子本体（1）圆心连线形成的夹角为E；

60°≥E≥40°。

8.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔（12）沿所述转子本体（1）的径向的长度为F，所述转子本体（1）的半径为R；

0.4≥F/R≥0.1。

9.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔（12）与所述固定孔（11）之间实体部分的最小距离大于1.5mm；

和/或，所述隔磁孔（12）与所述永磁体槽（2）之间实体部分的最小距离大于1.5mm。

10.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述凸起部（14）的顶点与所述永磁体槽（2）的中心线相交于交点M，所述交点M 到所述隔磁孔（12）的外侧孔壁的距离为H，所述隔磁孔（12）沿所述转子本体（1）的径向的长度为F；

0.5≥H/F≥0.3。

11.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔（12）的靠近所述转子本体（1）圆心的内侧孔壁上具有背向所述转子本体（1）的外侧下凹的凹槽部。

12.如权利要求11所述的转子铁芯，其特征在于，所述凹槽部为尖角凹槽或圆弧凹槽；

所述凹槽部的顶点与所述永磁体槽（2）的中心线相交于交点M，所述交点M 到所述隔磁孔（12）的远离所述转子本体（1）圆心的外侧孔壁的距离为H，所述隔磁孔（12）去除尖角凹槽的部分沿所述转子本体（1）的径向的长度为F；

1.4≥H/F＞1。

13.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔（12）的靠近所述转子本体（1）圆心的内侧孔壁为平面。

14.如权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述永磁体槽（2）具有朝向所述转子本体（1）外侧设置的开口（13），所述开口的宽度大于所述永磁体槽的宽度的一半。

15.如权利要求1-14任一项所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔（12）的最大宽度为其最小宽度2倍以上；

和/或，所述隔磁孔（12）的最大宽度为所述固定孔（11）直径的1.5倍以上。

16.一种切向电机转子，包括转子铁芯及设置于其永磁体槽内的切向磁化永磁体，其特征在于，所述转子铁芯为如权利要求1-15任一项所述的转子铁芯。

17.如权利要求16所述的切向电机转子，其特征在于，所述切向磁化永磁体靠近所述转子铁芯外侧的宽度大于其靠近所述转子铁芯圆心的宽度。

18.一种切向电机，包括切向电机转子及定子，其特征在于，所述切向电机转子为如权利要求16或17所述的切向电机转子。

19.如权利要求18所述的切向电机，其特征在于，所述定子上具有定子槽（41）及朝向所述切向电机转子与所述定子的气隙的槽口（42），所述槽口（42）的宽度为K，所述隔磁孔（12）的外侧孔壁的宽度为A；

1.2≥A/K≥0.8。